Проводники в электростатическом поле. Условия равновесия зарядов на проводнике. Электроемкость. Конденсаторы

Поместим проводник в электростатическое поле. В результате действия сил электростатического поля, в проводнике в первый момент времени заряд перераспределится следующим образом:

Это что касается внешнего электростатического поля. Но в результате перераспределения заряда в проводнике,

внутри проводника образуется свое электростатическое поле.

Теперь рассмотрим равновесие внутри проводника и вне его.

Для равновесия внутри проводника необходимы два условия:

1)

2)

, то есть потенциал внутри постоянен:

Вне тела и вдоль поверхности проводника будет равновесие, если будет

выполняться следующее условие: , то

есть Таким образом, чтобы заряд находился

в равновесии, необходимо:

1) -напряжённость поля внутри проводника;

2) внешняя напряженность перпендикулярна поверхности проводника,

3) потенциал на поверхности постоянен.

То есть электростатическое поле перераспределяет заряды в проводнике так, что его поверхность становится эквипотенциальной. Внешнее поле и поле внутреннее также меняется и их силовые линии становятся перпендикулярны поверхности проводника.

Все вышеперечисленные рассуждения относились к

Нейтральному (не заряженному) проводнику (суммарный заряд в

проводнике был равен нулю). Теперь возьмем проводник

и начнем его заряжать. Возникает электростатическое поле, которому

можно поставить в соответствие напряженность и потенциал.

Чем больше заряд, вносимый в проводник, тем больше его потенциал, то есть имеется прямо пропорциональная зависимость между этими двумя величинами: причем коэффициент пропорциональности не зависит ни от потенциала, ни от материала проводника, а зависит лишь от размеров и формы проводника. Этот коэффициент – электроемкость (емкость) уединенного проводника:

Возникает естественный вопрос: как повысить емкость проводника? Это можно сделать (при постоянном заряде) за счет уменьшения потенциала, то есть уменьшения работы по переносу заряда. Вспомним пример с двумя бесконечными разноименно заряженными пластинами. Если мы возьмем положительно заряженную пластину (проводник), то у нее будет один потенциал, но если мы поместим рядом с ней пластину с тем же зарядом по величине, но противоположным по знаку, то потенциал поля вне промежутка между пластинами станет меньше (в идеале равен нулю). Таким образом, система из разноименно заряженных проводников – конденсатор. Тогда емкость плоского конденсатора можно будет посчитать по формуле:

где – напряжение, – расстояние между пластинами конденсатора.